高硅铝合金焊接性现状


  在近年来,国内外研究者从制定、性能评定等方面对高硅铝合金做了大量研究,但对其焊接性的研究不多,很大程度上限制了硅铝合金的推广应用。随着科技的迅猛发展,研究解决高硅铝合金的焊接问题显得很有必要。高硅铝合金在航天、航空、汽车、空间技术等高科技领域具有广泛的应用,可以制造微电路封装壳体、基板及其盖板的热管器件、活塞、发动机气缸等耐磨部件。高硅铝合金具有广泛发展应用领域关键在于合金的优异特性,高硅铝具有热传导性能热膨胀系数低、机械性能良好、易于精密机加工等优点。但是由于铝和氧的亲和力非常强,易被氧化生成难熔物氧化膜。在材料的焊接中氧化膜严重影响焊缝的熔合形成。并且高硅铝中含有大量的硅,容易导致硅裂。因此高硅铝的高效、优质连接问题成为焊接领域的重点之一。
  高硅铝的焊接性
  在高硅铝的焊接过程中,容易出现夹杂、气孔、裂纹等缺陷,其中如何尽可能的避免氧化产生夹渣是重要研究方向。
  氧化
  高硅铝中的铝极易与氧亲和,生成致密的三氧化二铝薄膜,结实致密,其熔点高达2050℃,远远大于高硅铝合金的熔点,在焊接过程中,致密的氧化膜很难去除,严重影响着金属间的结合且容易造成夹渣。为了防止夹渣的出现可以采取一些措施,在焊接前清除表面的氧化膜,可以用机械清理法,也可采取化学清理法。机械清理法主要是用打磨机、锉刀、刮刀、钢丝刷打磨的方法清理氧化膜;化学清理法不仅可以清理氧化膜,还可以清理表面油污。
  焊接气孔
  产生气孔的气体有H2/CO/N2等。其中H是气孔的主要来源。致密的氧化膜容易吸附水分,焊接时,氢在液态铝中的溶解度为0.7ml/100g,而在660℃凝固状态时,氢的溶解度为0.04ml/100g,使原来溶于液态铝中的氢大量析出,形成气泡,又高硅铝合金本身的导热性能非常好,熔池结晶过程很快,因此冶金反应产生的气体来不及逸出熔池的表面,残留在焊缝中形成气孔。保护气体不纯及空气侵入焊接区等,也能使焊缝产生内部气体和表面气孔。而且对于粉末冶金制备的硅铝合金,在熔化焊温度下闭塞气体的含量很高,极易造成气孔缺陷。由于高硅铝焊接气孔的产生与该合金表面的氧化膜密切相关,因此要防止气孔的产生,首先焊接区域合金表面的氧化膜在焊接前必须彻底去除,另外焊接区域在焊接前容易被污染,因此焊接前注意防止污染,特别是焊接端面区域应保持洁净。要获得优质的焊接接头,还应采用合适的焊接方法、规范和保护措施进行焊接,并严格控制操作环境的湿度。
  焊接裂纹
  高硅铝焊接过程中,焊缝结晶凝固金属从液态金属到固态金属的过程中,熔池凝固收缩产生拉应力,在焊接凝固的初期,温度比较高,金属的流动性好,金属液体可以在已经凝固的晶粒之间自由的流动,可以填充拉应力造成的间隙,不会形成裂纹,在结晶的过程中,较先结晶的晶粒致使焊接热影响区开裂,但有研究表明,焊接熔池越小,产生裂纹的可能性越小。
  另外高硅铝的合金中硅含量高,受热硅相变粗大,对合金的韧性和塑性产生不利影响,易产生应力变形和裂纹。
高硅铝合金焊接性现状